KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG - - Bảng phân chia công việc Nguyễn Thị Hồng Lê Đức Nam BÀI TIỂU LUẬN Trần Thanh Phong MÔN HỌC: KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH Giảng viên Sinh viên : : Nguyễn Thị Thu Nga Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2019 MỤC LỤC 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Audio Coding (Mã hóa Âm thanh) 3.2.1 Nguyên tắc .2 3.2.2 Mặt nạ (tính che đậy) thành phần âm 3.2.3 Mơ hình âm - tâm lý 3.2.4 Bộ lọc 3.2.5 Xác định yếu tố tỷ lệ .8 3.2.6 Phân bổ bit mã hóa thơng tin phân bổ bit .8 3.2.7 Định lượng mã hóa mẫu băng 3.2.8 Cấu trúc luồng bit lớp II 3.2.9 Giải mã âm lớp II 10 3.3 Đặc điểm tính MPEG-1 Layer II cho DAB 11 3.3.1 Hệ thống âm .11 3.3.2 Tỷ lệ lấy mẫu độ phân giải đầu vào 12 3.3.3 Cấu trúc khung âm DAB 12 3.3.4 Tốc độ bit âm 13 3.3.5 Lớp II có phù hợp cho DAB khơng? 15 3.4 Dữ liệu liên quan đến chương trình 16 3.4.1 Chức điều khiển dải động 17 3.4.2 Chức Điều khiển âm nhạc/lời nói (M /S) 18 3.4.3 Cơ chế vận chuyển liệu DRC M/S 19 Bảng phân chia công việc Nguyễn Thị Hồng 3.1-3.2.3 Lê Đức Nam 3.2.4-3.3.2 Trần Thanh Phong 3.3.3-3.4.3 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình Ứng dụng dịch vụ âm Thomas Boltze, Neil Gilchrist, Wolfgang Hoeg Gerhard Stoll 3.1 Giới thiệu chung Hệ thống phát kỹ thuật số thiết kế để cung cấp dịch vụ vô tuyến dịch vụ liệu ngoài.Dịch vụ âm sử dụng MPEG Audio Layer II cung cấp âm đơn âm nổi, trường trình đa kênh dành cho người nghe.Mặc dù ứng dụng máy thu phát sóng cung cấp chương trình âm nổi, chuyển sang dịch vụ đa kênh sử dụng hệ thống.Trong Internet dụng lượng liệu hệ thống phát kỹ thuật số sử dụng cho dịch vụ giống Với đời đĩa compact định dạng PCM 16 bit, kỹ thuật số âm trở nên phổ biến, tốc độ bit 706 kbit / s kênh đơn âm cao Trong độ phân giải sản xuất âm lên đến PCM 24 bit sử dụng Thấp tốc độ bit bắt buộc tín hiệu âm truyền qua kênh bị giới hạn dung lượng lưu trữ phương tiện lưu trữ có dung lượng hạn chế.Do vậy, để làm giảm tỷ lệ PCM người ta dùng mã hoá âm thanh.Tuy nhiên kỹ thuật mã hoá âm ban đầu chất lượng lượng âm khơng tốt.Chính kỹ thuật mã hố âm để sử dụng âm chất lượng cao dựa tính chất nhận thức âm người khai thác quang phổ thời gian tác dụng lên tai người Chất lượng âm tái tạo phải tốt thu PCM 16 bit với tốc độ lấy mẫu 44,1 48 kHz.Với tốc độ bít thấp mà mức độ tổ hợp tiền mã hoá thích hợp, mà khơng có khác biệt rõ ràng âm gốc tín hiệu âm giải mã tái tạo ta đạt mức tối ưu Một hệ thống mã hóa nguồn vậy, gần tiêu chuẩn hóa ISO/ IEC Âm MPEG-1 Âm MPEG-2, cho phép giảm tốc độ bit từ 768 kbit / s xuống khoảng 100 kbit / s kênh đơn âm trì chất lượng chủ quan tín hiệu phòng thu kỹ thuật số cho tín hiệu quan trọng Mức tăng cao mã hóa tiếng ồn điều chỉnh Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình phù hợp với mặt nạ ngưỡng chi tiết tín hiệu truyền cảm nhận người nghe 3.2 Audio Coding (Mã hóa Âm thanh) 3.2.1 Nguyên tắc Có chế sử dụng để giảm tốc độ bit tín hiệu âm Một chế xác định chủ yếu cách loại bỏ dư thừa tín hiệu âm cách sử dụng tương quan thống kê Ngồi ra, chương trình mã hóa làm giảm khơng liên quan tín hiệu âm cách xem xét tượng âm thanh, mặt nạ quang phổ thời gian Chỉ với hai kỹ thuật này, sử dụng mối tương quan thống kê hiệu ứng che lấp tai người, giảm đáng kể tốc độ bit xuống tới 200 kbit/s tín hiệu lập thể thu Sơ đồ khối mã hóa MPEG Audio Layer II, gọi ‘‘MUSICAM” suốt thời gian phát triển trước chuẩn hóa ISO / IEC, hiển thị Hình 3.1 Do đó, Lớp II giống hệt với sơ đồ mã hóa MUSICAM, Lớp I phải hiểu phiên đơn giản hóa hệ thống MUSICAM Cấu trúc kỹ thuật mã hóa nhiều phổ biến hai, Lớp I Lớp II, đặc trưng thực tế âm MPEG dựa mã hóa âm tri giác Một chức mã hóa ánh xạ tín hiệu đầu vào PCM rộng 20 kHz từ miền thời gian thành thành phần phổ lấy mẫu phụ Đối với hai lớp, lọc đa âm bao gồm 32 dải cách sử dụng để cung cấp chức Đầu biến đổi Fourier áp dụng cho tín hiệu âm PCM băng thơng rộng song song với q trình lọc, sử dụng để tính tốn ước tính ngưỡng thực tế phụ thuộc vào thời gian Với mục đích này, mơ hình âm tâm lý, dựa quy tắc từ âm học tâm lý, sử dụng khối chức bổ sung mã hóa Khối mơ quang phổ, đến mức độ định, mặt nạ tạm thời Các mẫu băng định lượng mã hóa với ý định giữ nhiễu, đưa cách định lượng, ngưỡng che lấp Lớp I II sử dụng kỹ thuật nén khối với hệ số tỷ lệ gồm bit hợp lệ cho dải động Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình khoảng 120 dB chiều dài khối 12 mẫu băng Với loại kỹ thuật chia tỷ lệ này, Lớp I Lớp II xử lý dải động cao nhiều so với CD DAT, PCM 16 bit thơng thường Trong trường hợp tín hiệu âm stereo, tùy chọn mã hóa “Joint Stereo” sử dụng tính bổ sung Nó khai thác dư thừa khơng liên quan vật liệu chương trình lập thể điển hình sử dụng để tăng chất lượng âm tốc độ bit thấp (hoặc) giảm tốc độ bit cho tín hiệu lập thể Sự gia tăng độ phức tạp mã hóa nhỏ độ phức tạp giải mã bổ sung không đáng kể điều bắt buộc Điều quan trọng phải đề cập mã hóa âm chung khơng làm tăng độ trễ mã hóa tổng thể Sau mã hóa tín hiệu âm thanh, khối lắp ráp sử dụng để tạo khung cho luồng âm MPEG Audio bao gồm khung âm liên tiếp Bản chất dựa khung MPEG Layer II dẫn đến độ trễ thơng qua chuỗi mã hóa/giải mã theo thứ tự hai khung (48 ms) khơng tính đến việc xử lý liên kết để truyền Độ trễ điển hình thơng qua chuỗi truyền thực 80 ms Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình 3.2.2 Mặt nạ (tính che đậy) thành phần âm Để giảm tốc độ bit tín hiệu âm giữ băng thông, cấu trúc động cân điều hòa, giải mã âm phải giảm kích thước bước định lượng tín hiệu Tín hiệu CD thường lượng tử hóa với 16 bit mẫu, điều cho sóng hình sin dBFS dẫn đến tỷ lệ nhiễu tín hiệu lượng tử hóa 96 dB Giảm kích thước bước lượng tử hóa làm tăng nhiễu lượng tử hóa so với tín hiệu âm Nếu hệ thống thính giác người dễ bị ảnh hưởng gia tăng điều kiện, giảm tốc độ bit May mắn, tai quan khơng hồn hảo Khi tiếp xúc với âm tần số, điều kích thích tai tế bào thần kinh ốc tai theo cách mà tín hiệu gần (tần số) với tín hiệu khơng nghe thấy được, mức độ chúng đủ thấp Hiệu ứng này, gọi mặt nạ, giảm theo khoảng cách mặt nạ tín hiệu bị che Điểm khơng hồn hảo thứ hai thực tế khơng nghe thấy tín hiệu âm mức định Điều tạo thành ngưỡng nghe tuyệt đối Cả hai hiệu ứng khác người đo lường khứ Chúng tạo thành sở mã hóa nhận thức Cách để khai thác hiệu ứng tiền mã hóa chia tín hiệu thành vùng tần số nhỏ tăng nhiễu lượng tử hóa vùng tần số cho lớn tốt bị tín hiệu vùng tần số che lấp Hiệu ứng che lấp âm hình sin đơn kết hợp với ngưỡng nghe tuyệt đối mơ tả Hình 3.2 Hai âm sin bị che thể hình Trong Hình 3.3, lượng nhiễu thêm vào âm hình sin Ở phần bên trái hình, nhiễu có biên độ tất tần số nghe Ở nửa bên phải hình, nhiễu có lượng định hình theo đường cong che lấp Trong trường hợp này, tiếng ồn khơng thể nghe thấy Trong tiền mã hóa âm MPEG, việc định hình nhiễu thực cách chia tín hiệu thành 32 băng trước giảm kích thước bước lượng tử hóa Nhóm 4 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình Các đặc tính che lấp đo cho âm hình sin đơn cho tín hiệu nhiễu băng hẹp Số lượng mặt nạ phụ thuộc vào chất tín hiệu mức độ cảm nhận tín hiệu Tín hiệu mạnh mặt nạ mạnh Do đó, cần phải đo âm lượng thành phần để định tính chất che lấp Một giả định sẵn sàng thực mã hóa nhận thức việc che dấu xảy tín hiệu phức tạp, chẳng hạn âm nhạc lời nói 3.2.3 Mơ hình âm - tâm lý Mơ hình âm tâm lý tính tốn ngưỡng che khuất tối thiểu, yếu tố cần thiết để xác định mức độ tiếng ồn đáng ý cho dải lọc Ngưỡng mặt nạ tối thiểu tổng tất đường cong mặt nạ riêng lẻ mô tả phần trước Sự khác biệt mức tín hiệu tối đa ngưỡng che khuất tối thiểu sử dụng phân bổ bit nhiễu để xác định mức lượng tử hóa thực tế băng cho khối Có mơ hình âm - tâm lý đưa phần thông tin tiêu chuẩn MPEG-1 [IS 11172] Mặc dù hai áp dụng cho lớp thuật toán MPEG Audio, thực tế, hầu hết mã hóa sử dụng mơ hình cho Lớp I II Trong hai mơ hình âm tâm lý, đầu cuối mơ hình tỷ lệ tín Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình hiệu mặt nạ cho băng Lớp II Một mơ hình âm - tâm lý cần thiết mã hóa Điều cho phép giải mã có độ phức tạp đáng kể Do đó, cải thiện hiệu suất mã hóa sau này, cách liên quan đến tỷ lệ tốc độ bit chất lượng chủ quan Đối với số ứng dụng không yêu cầu tốc độ bit thấp, chí sử dụng mã hóa đơn giản mà khơng cần mơ hình tâm lý Cơ sở để tính ngưỡng che khuất mã hóa đưa kết phép đo ngưỡng bị che cho tín hiệu băng tần hẹp xem xét nhiễu âm che ngược lại Liên quan đến khoảng cách tần số khác biệt mức áp suất âm thanh, mối quan hệ mặt nạ/giai điệu thử nghiệm hạn chế nhân tạo mô tả tài liệu Các kết trường hợp xấu liên quan đến độ dốc đường cong mặt nạ xem xét, giả sử ngưỡng mặt nạ giống sử dụng cho tình âm đơn giản âm phức tạp Đầu FFT sử dụng để xác định mặt nạ âm có liên quan (nghĩa hình sin) khơng âm (tức nhiễu) tín hiệu âm thực tế Nó biết đến từ nghiên cứu tâm lý học âm âm sắc thành phần mặt nạ có ảnh hưởng đến ngưỡng mặt nạ Vì lý này, đáng để phân biệt thành phần âm phi âm Chúng ta biết nhận thức âm điệu thành phần phụ thuộc vào thời gian Một giai điệu khiết không coi âm điệu ban đầu tích tụ theo thời gian Sự phụ thuộc thời gian phần mơ hình âm - tâm lý phức tạp Ngưỡng mặt nạ riêng cho mặt nạ ngưỡng che khuất tuyệt đối tính tùy thuộc vào vị trí tần số, mức độ lớn âm sắc Tất ngưỡng mặt nạ riêng lẻ, bao gồm ngưỡng tuyệt đối, thêm vào ngưỡng gọi ngưỡng mặt nạ toàn cầu Đối với băng con, giá trị tối thiểu đường cong mặt nạ xác định Cuối cùng, khác biệt mức tín hiệu tối đa tính theo hai yếu tố tỷ lệ phổ mật độ công suất FFT ngưỡng che khuất tối thiểu tính cho băng khối Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình Độ dài khối cho Lớp II xác định 36 mẫu băng con, tương ứng với 1152 mẫu PCM âm đầu vào Sự khác biệt mức tín hiệu tối đa ngưỡng mặt nạ tối thiểu gọi tỷ lệ tín hiệu mặt nạ (SMR) hàm đầu vào có liên quan để phân bổ bit 3.2.4 Bộ lọc Độ phân giải tần số cao dải nhỏ vùng tần số thấp hơn, độ phân giải thấp vùng tần số cao với dải tần rộng sở để tính tốn đầy đủ ngưỡng che miền tần số Điều dẫn đến cấu trúc lọc Mạng lọc đa âm sử dụng để lọc băng có cấu trúc song song, khơng cung cấp băng có độ rộng khác Tuy nhiên, lợi lớn lọc điều chỉnh tối ưu khối âm theo yêu cầu hiệu ứng che lấp tạm thời tiếng vang trước không nghe Lợi lớn thứ hai độ trễ nhỏ phức tạp Để bù cho thiếu xác phân tích phổ lọc, biến đổi FFT 1024-điểm dành cho Lớp II sử dụng song song với trình lọc tín hiệu âm thành 32 băng tần phụ Bộ lọc QMF nguyên mẫu có thứ tự 511, tối ưu hóa độ phân giải phổ loại bỏ búp (tốt 96 dB) Điều cần thiết để loại bỏ đủ biến dạng cưa Bộ lọc cung cấp trao đổi hợp lý hành vi tạm thời bên độ xác quang phổ phía bên Ánh xạ thời gian/tần số cung cấp số lượng băng tần phụ cao tạo điều kiện giảm tốc độ bit, thực tế tai người nhận thấy thông tin âm miền phổ với độ phân giải tương ứng với dải tới hạn tai chí thấp Các dải tần quan trọng có độ rộng khoảng 100 Hz vùng tần số thấp, 500 Hz độ rộng khoảng 20% tần số trung tâm tần số cao Yêu cầu phải có độ phân giải phổ tốt mâu thuẫn với cần thiết phải giữ đáp ứng xung tạm thời (trước sau tiếng vang) giới hạn định vị trí biên độ tạm thời so với công âm gõ Kiến thức hành vi che dấu tạm thời cho thấy vị trí biên độ thời gian cần thiết tiếng vang trước tạo ánh xạ thời gian/tần số theo cách mà tiếng vang trước (thường quan trọng nhiều so với tiếng vang sau) bị che dấu công ban đầu Kết hợp với lọc tổng hợp kép nằm giải mã, kỹ thuật lọc cung cấp chức chuyển toàn cầu tối ưu hóa mặt nhận thức đáp ứng xung hồn hảo Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình 3.2.5 Xác định yếu tố tỷ lệ Các mẫu băng thể kết hợp hệ số tỷ lệ giá trị mẫu thực tế Hệ số tỷ lệ đại diện thô biên độ mẫu riêng lẻ nhóm mẫu Cách tiếp cận cho phép giảm tốc độ bit cao so với mã mẫu riêng lẻ Việc tính tốn hệ số tỷ lệ cho băng thực cho khối gồm 12 mẫu băng Tối đa giá trị tuyệt đối 12 mẫu xác định định lượng với độ dài từ bit, bao trùm dải động tổng thể 120 dB băng với độ phân giải dB lớp hệ số tỷ lệ Trong Lớp I, hệ số tỷ lệ truyền cho khối băng con, phân bổ bit Lớp II sử dụng mã hóa bổ sung để giảm tốc độ truyền cho yếu tố tỷ lệ Do thực tế Lớp II, khung tương ứng với 36 mẫu băng con, gấp ba lần chiều dài khung Lớp I, theo nguyên tắc ba yếu tố tỷ lệ phải truyền Để giảm tốc độ bit cho yếu tố tỷ lệ, chiến lược mã hóa khai thác hiệu ứng che lấp tạm thời tai nghiên cứu Ba yếu tố tỷ lệ liên tiếp dải khung xem xét phân loại thành mẫu yếu tố tỷ lệ định Tùy thuộc vào mẫu, một, hai ba yếu tố tỷ lệ truyền với thông tin chọn hệ số tỷ lệ bổ sung bao gồm bit băng Nếu có độ lệch nhỏ từ yếu tố tỷ lệ sang yếu tố tiếp theo, có yếu tố lớn phải truyền Điều xảy tương đối thường xuyên cho âm cố định Nếu công âm gõ phải mã hóa, hai ba yếu tố quy mơ phải truyền đi, tùy thuộc vào biên tăng giảm cơng Kỹ thuật mã hóa bổ sung cho phép trung bình hệ số việc giảm tốc độ bit cho yếu tố tỷ lệ so với Lớp I 3.2.6 Phân bổ bit mã hóa thơng tin phân bổ bit Trước điều chỉnh tốc độ bit cố định, số lượng bit có sẵn để mã hóa mẫu phải xác định Con số phụ thuộc vào số lượng bit cần thiết cho yếu tố tỷ lệ, thông tin chọn hệ số tỷ lệ, thông tin phân bổ bit liệu phụ trợ Quy trình phân bổ bit xác định cách giảm thiểu tổng tỷ lệ nhiễu mặt nạ băng toàn khung Quy trình quy trình Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình lặp, đó, bước lặp, số lượng mức lượng tử hóa băng có lợi ích lớn tăng lên với ràng buộc số bit sử dụng khơng vượt q số bit có sẵn cho khung Lớp II sử dụng bit để mã hóa thơng tin phân bổ bit cho mức thấp có bit cho dải cao nhất, băng khung âm 3.2.7 Định lượng mã hóa mẫu băng Đầu tiên, băng số 12 mẫu băng khối chuẩn hóa cách chia giá trị cho hệ số tỷ lệ Kết lượng tử hóa theo số lượng bit sử dụng khối phân bổ bit Chỉ có số lẻ mức lượng hóa có thể, cho phép biểu diễn xác số Lớp I sử dụng 14 lớp lượng tử hóa khác nhau, chứa 2n - bước, với ≤ n ≤ 15 mức lượng hóa khác Điều giống cho tất băng Ngồi ra, khơng thể sử dụng lượng tử hóa khơng có bit phân bổ cho băng Trong lớp II, số lượng mức lượng tử hóa khác phụ thuộc vào số băng con, phạm vi mức lượng hóa ln bao gồm phạm vi từ đến 65535 với khả bổ sung khơng có lượng tử hóa Các mẫu dải vùng tần số thấp định lượng 15, dải tần số trung bình với bảy dải tần số cao với ba mức lượng tử hóa khác Các lớp chứa 3, 5, 7, 9, 15, 63, , 65535 mức lượng hóa Do mức lượng tử hóa 3, khơng cho phép sử dụng hiệu từ mã, bao gồm 2, bit, ba mẫu băng liên tiếp nhóm lại với thành “khối hạt” Sau đó, hạt mã hóa với từ mã Mức tăng mã hóa cách sử dụng nhóm lên tới 37,5% Do nhiều băng con, đặc biệt vùng tần số cao, thường lượng tử hóa với mức lượng hóa 3, 5, 9, nên hệ số giảm độ dài từ mã đáng kể 3.2.8 Cấu trúc luồng bit lớp II Luồng bit Lớp II xây dựng theo cách sử dụng giải mã có độ phức tạp thấp độ trễ giải mã thấp tín hiệu âm mã hóa chứa nhiều điểm vào với khoảng thời gian ngắn không đổi Biểu diễn kỹ thuật số mã hóa thuật tốn mã hóa hiệu đặc biệt phù hợp để lưu trữ ứng dụng phải cho phép nhiều điểm nhập luồng liệu mã hóa để ghi, phát Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình chỉnh sửa chuỗi âm ngắn để xác định xác vị trí chỉnh sửa Để phát sóng, điều quan trọng phép chuyển đổi nhanh chương trình âm khác Để cho phép thực đơn giản giải mã, khung điểm nhập phải chứa tất thông tin cần thiết để giải mã luồng bit Do ứng dụng khác nhau, khung phải mang thêm tất thông tin cần thiết phép phạm vi mã hóa lớn với nhiều tham số khác Định dạng luồng bit âm mã hóa cho Lớp II hiển thị Hình 3.4 Các khung âm ngắn, tự trị tương ứng với 1152 mẫu PCM đặc trưng cho cấu trúc luồng bit Mỗi khung âm bắt đầu tiêu đề, theo sau thông tin phân bổ bit, hệ số tỷ lệ mẫu băng lượng tử hóa mã hóa Ở cuối khung âm trường liệu phụ trợ có độ dài thay đổi định cho ứng dụng định Mỗi khung truy cập giải mã Với tần số lấy mẫu 48 kHz, thời lượng khung hình 24 ms cho Lớp II Hình 3.4 Cấu trúc khung âm luồng bit mã hóa MPEG-1 Lớp II 3.2.9 Giải mã âm lớp II Sơ đồ khối giải mã hiển thị Hình 3.5 Trước hết, thông tin tiêu đề, kiểm tra CRC 12 mẫu liên tiếp tín hiệu băng trích xuất từ luồng bit ISO / MPEG / AUDIO Lớp II Quá trình tái cấu trúc để thu âm PCM lần đặc trưng cách điền vào định dạng liệu mẫu băng liên quan đến hệ số tỷ lệ phân bổ bit cho băng khung Bộ lọc tổng hợp tái tạo lại tín Nhóm 10 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình hiệu âm băng thơng rộng hồn chỉnh với băng thơng lên tới 24 kHz Q trình giải mã tính tốn đáng kể so với q trình mã hóa Mối quan hệ cho Lớp II khoảng 1/3 Do tính tốn dễ dàng cấu trúc đơn giản thuật tốn, Lớp II thực dễ dàng chip VLSI đặc biệt Kể từ năm 1993, đó, chip giải mã âm đa kênh có sẵn từ nhiều nhà sản xuất Hình 3.5 Sơ đồ khối giải mã MPEG-1 Audio Layer II 3.3 Đặc điểm tính MPEG-1 Layer II cho DAB Hệ thống mã hóa nguồn DAB EU147 cho phép máy thu phát sóng âm kỹ thuật số sử dụng giải mã chuẩn MPEG-1 MPEG-2 Layer II Bên cạnh việc phát tín hiệu phát âm kỹ thuật số, kỹ thuật mã hóa MPEG Audio Layer II luồng bit âm mã hóa sử dụng số ứng dụng khác, bao gồm đóng góp phòng phát sóng, phân phối phụ báo cáo tin tức / thể thao liên kết Các ứng dụng khác yêu cầu sơ đồ mã hóa linh hoạt cung cấp nhiều tham số, đặc biệt tốc độ bit, chế độ âm (ví dụ biểu diễn đơn âm, âm đa kênh), mức độ bảo vệ luồng bit mã hóa khả mang theo Chương trình Dữ liệu (PAD), cho phép ứng dụng hoàn toàn 3.3.1 Hệ thống âm Hệ thống mã hóa âm thanh, sử dụng Eureka 147 DAB, hỗ trợ chế độ sau: - Chế độ mono (một kênh) Nhóm 11 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình - Chế độ âm (hai kênh) - Chế độ kênh đôi Trong chế độ này, hai kênh âm song ngữ, hai kênh đơn sắc, có tiêu đề Tại giải mã, lựa chọn đưa hai chương trình nên giải mã - Chế độ âm chung Trong chế độ Âm chung, mã hóa khai thác dư thừa khơng liên quan tín hiệu âm để giảm liệu Phương pháp sử dụng cho Âm chung lớp II mã hóa âm stereo cường độ âm Kỹ thuật bảo toàn đường bao phổ kênh trái phải tín hiệu âm nổi, truyền tín hiệu tổng mẫu băng tần phụ kênh trái phải vùng tần số âm cao - Mã hóa tần số lấy mẫu thấp với fS 24 kHz - Các quy định thực theo tiêu chuẩn Eureka 147 DAB để đưa vào mã hóa Âm vòm tương thích ngược MPEG-2 Audio Layer II 5.1 3.3.2 Tỷ lệ lấy mẫu độ phân giải đầu vào Thuật toán mã hóa âm DAB cho phép hai tốc độ lấy mẫu: 48 kHz 24 kHz Tốc độ lấy mẫu cao chọn để có băng thơng âm đầy đủ 20 kHz cho tín hiệu truyền cho phép truyền phát trực tiếp tín hiệu phòng thu mà khơng cần chuyển đổi tốc độ lấy mẫu Chất lượng âm tín hiệu PCM cải thiện tăng độ phân giải tín hiệu đầu vào Do đó, chuẩn MPEG Audio Layer II xử lý độ phân giải tín hiệu đầu vào lên đến 22 bit / mẫu Lưu ý: Ngược lại với hệ thống phát sóng khác (ví dụ: ADR), tần số lấy mẫu 44,1 kHz không áp dụng, điều có nghĩa nguồn lấy từ CD phải chuyển đổi tốc độ mẫu Tốc độ bit thấp chọn để cung cấp chất lượng cao, đặc biệt tín hiệu giọng nói tốc độ bit thấp, tốc độ bit 64 kbit / s kênh Tuy nhiên, điều khơng có nghĩa tần số lấy mẫu đưa bên hệ thống DAB Thay vào đó, lọc lấy mẫu xuống từ 48 kHz đến 24 kHz mã hóa âm lọc lấy mẫu tăng từ 24 kHz đến 48 kHz giải mã sử dụng Nhóm 12 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình 3.3.3 Cấu trúc khung âm DAB Khung âm DAB dựa khung âm MPEG Layer II bao gồm tất thơng tin thông tin phụ cần thiết cho giải mã để tạo lại tín hiệu âm đầu Ngoài ra, khung âm DAB chứa số byte sử dụng để mang PAD, thơng tin có liên quan mật thiết đến chương trình âm Cấu trúc mơ tả Hình 3.6 Trường PAD chứa byte PAD cố định (F-PAD) phần mở rộng tùy chọn gọi PAD mở rộng (X-PAD) Các chức có sẵn cho PAD bao gồm Kiểm soát phạm vi động (DRC), báo nhạc /giọng nói, văn liên quan đến chương trình bảo vệ lỗi bổ sung 3.3.4 Tốc độ bit âm Tùy thuộc vào loại chương trình, số lượng chương trình ghép kênh DAB mức bảo vệ, tốc độ bit khác khoảng 32 đến 192 kbit / s chế độ kênh đơn chọn mã hóa âm Sự lựa chọn tốc độ bit khơng hồn tồn độc lập với chế độ âm Tùy thuộc vào tốc độ bit, chế độ âm cho Bảng 3.1 sử dụng Bất kỳ kết hợp tùy chọn sử dụng ghép DAB Đối với mã hóa tốc độ lấy mẫu nửa 24 kHz STUFF CRC SCFSI B vS4S bSF A XAbS fF a XyCH itu Sau -Det Cm-tiF E Ad c rib b P te F xP A lli a a- ypr- Pee AP C D oo l bbt lpr A b Cd DA E cDe l aeeot RDyRD Nhóm R aa F enssec CtsC tit a sd te ei oa c i d Lz 13 r s ar t L Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình Hình 3.6: Cấu trúc khung âm DAB Sampling Rate 48 kHz Mode Single Ch 24 kHz Dual Ch Stereo Int Stereo All Bit Rate [kbit/s] Bit Rate [kbit/s] 32 48 56 64 80 96 112 128 160 192 224 256 320 384 16 24 32 40 48 56 64 80 96 112 128 144 160 X X X X X X X X X X x X x x x x x x x x x x X X X X X X X X X x x x x x x x x x Bảng 3.1 Chế độ âm tốc độ bit cho tốc độ lấy mẫu 48 kHz, 24 kHz Có thể chọn 14 tốc độ bit khác phạm vi từ đến 160 kbit/s, chế độ âm chọn Đối với phần mở rộng đa kênh, Bảng 3.1 hợp lệ cho luồng bit sở Chi tiết tỷ lệ mẫu thấp phần mở rộng đa kênh giải thích phần 3.5 Phạm vi tốc độ bit rộng cho phép ứng dụng yêu cầu tốc độ bit thấp chất lượng âm cao; ví dụ, có q trình mã hóa phải xem xét xếp tầng tránh Nó cho phép ứng dụng có tốc độ liệu cao lên tới khoảng 180 kbit / s kênh tính xếp tầng xử lý hậu kỳ phải tính đến Các thí nghiệm ITU-R thực Nhóm 14 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình quy trình mã hóa lặp lại lần với MPEG-1 Layer II mà khơng có suy giảm chủ quan nghiêm trọng nào, tốc độ bit đủ cao, 180 kbit/s kênh Tuy nhiên, tốc độ bit 120 kbit / s, khơng q ba q trình mã hóa xảy 3.3.5 Lớp II có phù hợp cho DAB khơng? Hệ thống mã hóa âm MPEG-1 Layer II phát triển thử nghiệm mạnh mẽ vào đầu năm 1990, chuẩn hóa để sử dụng với hệ thống DAB vào năm 1993 Ngay lần sửa đổi cuối tiêu chuẩn DAB dựa MPEG-2 Layer II , bao gồm tỷ lệ lấy mẫu thấp Trong thời gian sau đó, số hệ thống mã hóa âm khác khai thác, đặc biệt để sử dụng với tốc độ bit thấp (từ kbit/s đến 64 kbit/s) Chúng đặc biệt nhắm vào ứng dụng phát trực tuyến Internet dịch vụ liên quan Đây sơ đồ mã hóa MP3 sử dụng tồn giới (dựa MPEG-1 Layer III) hệ thống MPEG- 2/4 AAC (Mã hóa âm nâng cao) Về nguyên tắc, tốc độ bit thấp hơn, codec AAC cung cấp chất lượng âm tốt Lớp II, hồn tồn khơng tương thích với Lớp II Kết từ thử nghiệm khác [BPN 029] cho thấy chất lượng MPEG Layer II mức 192 kbit/s đạt với MPEG-2/4 AAC mức 128 kbit/s, mức 96 kbit/s Điều có nghĩa hiệu phổ cao đáng kể sử dụng cho DAB Do đó, câu hỏi đặt ra, Lớp II lựa chọn phù hợp để sử dụng với hệ thống DAB Các khảo sát thực để so sánh hệ thống mã hóa Các kết mô tả sau: MPEG-1 Layer II 192 kbit /s trường hợp tốt đáng kể so với AAC 96 kbit/s, trường hợp tốt AAC 128 kbit / s Trong điều kiện xếp tầng hai lần, chất lượng AAC Lớp II Cũng cần lưu ý có khác biệt đáng kể độ trễ thời gian xử lý Lớp II (cần khoảng 70 ms) AAC (khoảng 300 ms) Cho đến thật xác nhận lựa chọn trước Lớp II sơ đồ mã hóa độc quyền cho hệ thống DAB Một kết cuối nghiên cứu mã hóa âm cơng nghệ gọi Công nghệ tái tạo dải quang phổ (SBR) Đây kỹ thuật để tăng cường hiệu codec âm cảm nhận có Dựa mối tương quan cao thành phần tần số thấp cao tín hiệu âm thanh, phần tần số Nhóm 15 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình cao tín hiệu âm xử lý riêng truyền liệu phụ trợ, mã hóa âm thơng thường tập trung vào mã hóa phần tần số thấp Ở phía giải mã, liệu SBR xây dựng lại sau thêm vào phần âm tần số thấp mã hóa Do đó, đạt mức giảm tốc độ bit cao (tức khoảng 30%) trì chất lượng âm chủ quan chương trình Các thử nghiệm gần EBU (Liên minh Phát Châu Âu), rằng, kết hợp Tái tạo dải quang phổ (SBR) mã hóa dạng sóng giúp cải thiện đáng kể chất lượng âm tốc độ bit thấp Các phiên biết mp3PRO aacPlus; cuối dự đốn cho hệ thống phát sóng kỹ thuật số tần số 30 MHz, DRM (Radio kỹ thuật số Mondiale, xem thêm phần 1.6) Kỹ thuật SBR đặc biệt gần điều chỉnh theo MPEG 1/2 Layer II (đôi gọi Layer2plus Layer II SBR), với mục tiêu cải thiện chất lượng âm DAB tốc độ bit thấp Một lợi quan trọng khả tương thích ngược với định dạng mã hóa âm có DAB Điều có nghĩa là, thu DAB dễ dàng giải mã phần II (giới hạn băng thơng) luồng bit Layer2plus Do đó, tăng số lượng chương trình âm DAB mà khơng thay đổi định dạng mã hóa âm Tương lai gần cho thấy liệu có phù hợp để hồn thành tiêu chuẩn DAB theo cách hay khơng - việc thay đổi tiêu chuẩn theo cách trở nên khó khăn 3.4 Dữ liệu liên quan đến chương trình Hệ thống DAB khơng cung cấp chất lượng âm cao cho người nghe mà bao gồm việc cung cấp cho nhiều dịch vụ liệu bổ sung Phần lớn số dịch vụ liệu độc lập với chương trình âm thanh, số số chúng có liên quan chặt chẽ với tín hiệu âm Hình thức thứ hai gọi Dữ liệu liên quan đến Chương trình (PAD) Một số byte cố định tùy chọn cung cấp để mang PAD luồng bit âm DAB, xem Hình 3.6 Dung lượng bổ sung cung cấp nơi khác ghép kênh DAB (hoặc ghép kênh ghép) để mang liệu độc lập thông tin bổ sung, văn bản, hình ảnh tĩnh chuyển động, xem Chương Ví dụ Dữ liệu liên quan đến Chương trình cố định (F-PAD) bao gồm: - Thơng tin điều khiển dải động (DRC), sử dụng máy thu để nén Nhóm 16 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình phạm vi động âm - Chỉ báo lời nói / âm nhạc phép xử lý âm khác âm nhạc lời nói (ví dụ: điều khiển âm lượng độc lập) Vì tính liên quan trực tiếp đến tín hiệu chương trình âm thanh, chúng mô tả chi tiết phần sau Để biết thêm chi tiết thông tin liên quan đến chương trình khác mang F-PAD X-PAD (Dữ liệu liên quan đến chương trình mở rộng) Trong việc tái tạo chương trình phát âm thanh, thường cần phải áp dụng nén dải động cho số loại tài liệu chương trình yêu cầu người nghe Hơn nữa, cân thỏa đáng độ ồn loại chương trình khác nhau, đặc biệt âm nhạc lời nói, chủ yếu phụ thuộc vào yêu cầu người nghe Trong truyền hình thơng thường, chưa thỏa mãn thói quen nghe khác 3.4.1 Chức điều khiển dải động Tính DAB DRC cho phép đài truyền phát truyền chương trình với dải động rộng tương đối, kèm theo tín hiệu DRC mà người nghe sử dụng để thực nén động chương trình Phạm vi động tín hiệu chương trình âm (đơi gọi động chương trình) phạm vi mức tín hiệu chương trình hữu ích cao thấp Các vấn đề liên quan đến chương trình có dải động rộng đạt cân âm lượng thỏa đáng phần khác chương trình radio (như lời nói âm nhạc), biết đến t kinh nghim vi phỏt súng VHF / FM [Muă ller, 1970] Trong nhiều trường hợp, chương trình nguồn nhuộm dải động thường đài truyền hình sử dụng (khoảng 40 dB) lớn nhiều so với dải động sử dụng (được gọi động tái tạo) môi trường ồn xe di chuyển Mức giảm cần thiết dải động chương trình 10 đến 30 dB (hoặc hơn) Có tính đến điều kiện nghe yêu cầu người nghe, vấn đề giải máy thu Để điều khả thi, thông tin bổ sung phải cung cấp đài truyền hình liên quan đến điều chỉnh khuếch đại, cần thiết để giảm phạm vi động Do đó, Bộ phát sóng mở rộng tín hiệu DRC tạo phía phòng thu, mơ tả mức tăng âm áp dụng máy thu, chuỗi giá trị Tín hiệu DRC truyền dạng mã hóa Nhóm 17 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình (dữ liệu DRC DRCD) với tín hiệu âm Yêu cầu đặc tả DAB tín hiệu âm truyền với chương trình gốc nó, khơng có nén trước Dữ liệu DRC kết hợp luồng bit DAB dạng PAD Trong máy thu, tín hiệu DRC tái tạo sử dụng tùy ý để kiểm soát mức tăng âm để phù hợp với dải động chương trình âm nhận với yêu cầu người nghe để cải thiện khả nghe điều kiện khó khăn Người dùng chọn tỷ lệ nén thích hợp neo:  Khơng nén: chương trình âm chép với dải động phát đài phát;  Nén danh nghĩa: chương trình âm chép với thích hợp mức độ nén động điều chỉnh đài phát sóng (thông thường dải động nén khoảng 1.3:1);  Nén tối đa: chương trình âm chép với mức nén cực mạnh dải động (ví dụ: > 2.0:1) Điều có ý nghĩa điều kiện phát lại (ví dụ: xe hơi) dành cho loại chương trình đặc biệt, chất lượng âm có khả bị ảnh hưởng 3.4.2 Chức Điều khiển âm nhạc/lời nói (M /S) Bất kỳ loại truyền dẫn chương trình radio biết có yêu cầu khác cân âm lượng chương trình âm nhạc lời nói, tùy thuộc vào sở thích người nghe Tín hiệu điều khiển Âm nhạc/lời nói (M/S), truyền luồng bit DAB, cho phép người nghe cân âm lượng loại chương trình khác theo sở thích Có tùy chọn để báo hiệu bốn trạng thái cờ gọi M/S PAD: - 00 nội dung chương trình Âm nhạc - 01 nội dung chương trình Bài phát biểu - 10 nội dung chương trình khơng báo hiệu - 11 dành riêng cho sử dụng tương lai (ví dụ: chương trình có chứa âm nhạc lời nói với mức độ cân nghệ thuật, ví dụ phim truyền hình âm nhạc) Thơng tin cờ M/S tạo tự động phía studio (ví dụ: xuất phát Nhóm 18 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình từ fader kênh tương ứng bàn điều khiển trộn) Là mục liệu liên quan đến chương trình, thơng tin vận chuyển PAD sử dụng máy thu để kiểm sốt mức tín hiệu đầu (âm lượng) theo cách xác định trước, phạ vi mức khoảng đến 15 dB 3.4.3 Cơ chế vận chuyển liệu DRC M/S Dữ liệu di chuyển kênh PAD có liên quan mật thiết đến chương trình âm Nó lắp ráp với âm mã hóa khung DAB, mối quan hệ thời gian thiết lập nguồn trì suốt chuỗi truyền DAB hoàn chỉnh Âm PAD không chịu chậm trễ truyền khác Hình 3.7 cho thấy sơ đồ khối đơn giản hóa hệ thống DRC cho DAB, nguyên tắc có giá trị để truyền cờ điều khiển M/S Tín hiệu DRC tạo đặc tính tuyến tính hầu hết phạm vi động, với tỷ lệ nén phù hợp Một phạm vi tổng thể biến thiên khuếch đại khoảng 15 dB mã hóa tuyến tính từ kỹ thuật số bit, cho khung hình 24 ms tín hiệu âm phát sóng Mục đích cung cấp khả nén dài hạn dải động trì tác động thay đổi mạnh mẽ dải động chương trình (ví dụ: gây crisscendo subito fortissimo) Do đó, thuật tốn tạo sử dụng tập hợp cụ thể đặc điểm thời gian chương trình âm kiểm sốt, khơng phải chủ đề đặc điểm kỹ thuật Bản thân tín hiệu chương trình âm DAB truyền mà khơng có nén động áp dụng sau giai đoạn sản xuất/giai đoạn hậu kỳ Trong trình sản xuất số loại chương trình, việc nén áp dụng lý nghệ thuật Tuy nhiên, tín hiệu chương trình nén giai đoạn xử lý theo cách tương tự tín hiệu khơng nén hệ thống DRC Do liệu DRC truyền không liên tục theo đợt theo khoảng thời gian khung DAB (24 ms) nên cần có thời gian xem trước khung DAB hoàn chỉnh để phân tích mức tín hiệu, để tránh bị mức (nghĩa thời gian ngắn tín hiệu tái tạo lớn) Điều có nghĩa độ trễ tối thiểu 24 ms phải đưa vào đường dẫn tín hiệu tạo DRCD để tín hiệu âm đến kiểm tra trước tạo liệu DRC Dữ liệu DRC cho khung âm DAB truyền tải theo byte L PAD khung âm Nhóm 19 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình DAB trước tín hiệu phát Do đó, liệu DRC đến máy thu trước âm liên kết với nó, tránh chậm trễ đưa máy thu Một số thuật toán điều khiển phạm vi động yêu cầu độ trễ dài hơn, vượt 24 ms lên đến vài giây Chúng liên kết với trình tạo DRCD đầu phát không yêu cầu triển khai xử lý khác máy thu Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống DRC cho DAB Nhóm 20 ... Trần Thanh Phong 3.3.3-3.4.3 Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình Ứng dụng dịch vụ âm Thomas Boltze, Neil Gilchrist, Wolfgang Hoeg Gerhard Stoll 3.1 Giới thiệu chung Hệ thống phát kỹ thuật. .. Lớp I II sử dụng kỹ thuật nén khối với hệ số tỷ lệ gồm bit hợp lệ cho dải động Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình khoảng 120 dB chiều dài khối 12 mẫu băng Với loại kỹ thuật chia tỷ lệ... Biểu diễn kỹ thuật số mã hóa thuật tốn mã hóa hiệu đặc biệt phù hợp để lưu trữ ứng dụng phải cho phép nhiều điểm nhập luồng liệu mã hóa để ghi, phát Nhóm Bài tiểu luận Kỹ thuật phát truyền hình chỉnh